【編者按】隨著全世界數(shù)據(jù)和數(shù)字服務(wù)需求的指數(shù)級增長，其能源使用（主要是電能）日益受到關(guān)注。近日IEA發(fā)布了《數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)能耗研究報告》，介紹了近些年數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)在迅速增長下的電能需求情況及對未來的趨勢預(yù)測，其中特別指出，持續(xù)迅速提高的用能效率使電能需求基本保持了平穩(wěn)。小編將報告的主要內(nèi)容編譯如下，供廣大研究人員參考，點擊文末“閱讀原文”可以查看該報告全文。
摘要
受視頻流、視頻會議、在線游戲和社交網(wǎng)絡(luò)增長的推動，2020年2月至4月中旬，全球互聯(lián)網(wǎng)流量激增近40%，這一增長是在過去10年數(shù)字服務(wù)需求不斷增長的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。自2010年以來，全球互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量翻了一番，全球互聯(lián)網(wǎng)流量增長了12倍。然而，能源效率的迅速提高有助于限制數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的能源需求同步增長，2019年數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)用電量各自約占全球用電量的1%。為了限制未來10年能源需求和排放的增長，政府和行業(yè)必須在能源效率、可再生能源采購和研發(fā)方面做出強有力的努力。
一、進展跟蹤
對數(shù)據(jù)服務(wù)的需求呈指數(shù)增長
在因新冠疫情而實施最嚴(yán)厲的出行限制期間，全球互聯(lián)網(wǎng)流量受視頻流、視頻會議、在線游戲和社交網(wǎng)絡(luò)增長的推動，在2020年2月至4月中旬激增了近40%。預(yù)計對數(shù)據(jù)和數(shù)字服務(wù)的需求在未來幾年還將繼續(xù)呈指數(shù)增長，到2022年全球互聯(lián)網(wǎng)流量預(yù)計將翻一番，達(dá)到每年4.2萬億GB。移動互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量將從2019年的38億增加到2025年的50億，而物聯(lián)網(wǎng)（IoT）連接數(shù)量預(yù)計將從120億增加一倍到250億。這些趨勢正在推動數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求的指數(shù)級增長。
數(shù)據(jù)中心用電約占全球電力需求的1%
世界上大多數(shù)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）流量都通過數(shù)據(jù)中心。因此，更大的連通性需求推動了對數(shù)據(jù)中心服務(wù)和能源使用（主要是電力）的需求。
2019年全球數(shù)據(jù)中心電力需求約為200 TWh，約占全球終端電力需求的0.8%。如果硬件和數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的效率能夠保持目前的趨勢，那么到2022年，盡管服務(wù)需求增長60%，全球數(shù)據(jù)中心的能源需求仍然可以保持在與目前幾乎持平的水平。
能源效率的顯著提高以及數(shù)據(jù)處理向云和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的轉(zhuǎn)移，使能源需求保持平穩(wěn)
能耗增長平穩(wěn)的部分原因是虛擬化軟件使數(shù)據(jù)中心運營商能夠用更少的服務(wù)器提供更大的工作輸出。鑒于過去的大型數(shù)據(jù)中心非常低的用電效率，從小型、低效的數(shù)據(jù)中心向大型云和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的轉(zhuǎn)變使得數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施在總能源需求中所占的份額正在縮小，是顯而易見的。PUE（power usage effectiveness）是衡量數(shù)據(jù)中心能源效率的一個指標(biāo)；最優(yōu)秀的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的PUE值大約為1.1（即IT設(shè)備每消耗1 kWh電能，用于冷卻的電能為0.1 kWh）。
數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的能源效率也在迅速提高
數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的能源效率也在迅速提高，自2000年以來，發(fā)達(dá)國家的固定線路網(wǎng)絡(luò)能源強度每兩年減半。近年來，移動接入網(wǎng)絡(luò)能源效率每年提高10%-30%。2019年，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)消耗電能約250TWh，約占全球用電量的1%，其中移動網(wǎng)絡(luò)占2/3。根據(jù)目前的效率提高趨勢，預(yù)計2022年用電量將增至270TWh左右。
隨著通過移動設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)使用的流量越來越多，數(shù)據(jù)傳輸?shù)男再|(zhì)正在迅速改變
全球IP流量在2016年至2019年間翻了一番，預(yù)計到2022年將再翻一番。數(shù)據(jù)傳輸?shù)男再|(zhì)正在迅速變化，預(yù)計到2022年，來自無線和移動設(shè)備的流量將占總IP流量的70%以上，高于2019年的50%左右。
移動網(wǎng)絡(luò)的電強度（kWh/GB）比固定線路網(wǎng)絡(luò)要高得多，這種向更多使用移動網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變也可能對數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的能源使用產(chǎn)生重大影響。移動網(wǎng)絡(luò)正迅速從較舊的2G和3G技術(shù)轉(zhuǎn)向更高效的4G和5G。到2022年，4G和5G網(wǎng)絡(luò)預(yù)計將承載83%的移動流量。4G網(wǎng)絡(luò)的能效大約是3G的5倍，是2G的50倍。據(jù)設(shè)備商與運營商預(yù)測，到2025-2030年，5G的能效可能是4G的10-20倍。
ICT公司是可再生能源的主要投資者
ICT（信息和通信技術(shù)）公司是可再生能源的主要投資者，保護自己免受波動的電價影響。事實上，在過去5年中，信息和通信技術(shù)公司占全球企業(yè)可再生能源采購量的一半左右。
超大型數(shù)據(jù)中心運營商尤其是通過購電協(xié)議（ppa）進行可再生能源采購的領(lǐng)導(dǎo)者。2019年，可再生能源的前四大公司承購者均為ICT公司。2018年，谷歌（10 TWh）和蘋果（1.3 TWh）購買或生產(chǎn)的可再生能源電力足以滿足其100%數(shù)據(jù)中心能源消耗。Equinix在2018年消耗了5.2 TWh（92%為可再生能源），而Facebook數(shù)據(jù)中心消耗了3.2 TWh（75%為可再生能源）。亞馬遜和微軟大約一半的數(shù)據(jù)中心電力來自可再生能源。
公司和監(jiān)管機構(gòu)的進一步努力可以最大限度地提高全系統(tǒng)的效益并減少排放
盡管這些成就令人印象深刻，但并不能保證數(shù)據(jù)中心實際上始終100%由可再生能源提供動力。風(fēng)能和太陽能是可變資源，可能與數(shù)據(jù)中心的需求狀況不匹配，可再生能源采購可能需要針對不同的電網(wǎng)或地區(qū)。
投資可再生能源的數(shù)據(jù)中心運營商應(yīng)與電力公司、監(jiān)管機構(gòu)和項目開發(fā)商合作，尋求能最大限度地為當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)帶來效益并同時減少整體溫室氣體排放的項目。
二、行動建議
1．改進數(shù)據(jù)收集并致力于實現(xiàn)能源效率和氣候目標(biāo)
政府政策以及數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)運營商的行動和承諾，對于支持進一步提高效率以減少總體信息和通信技術(shù)能源使用至關(guān)重要。改進信息和通信技術(shù)及其能源使用特點的數(shù)據(jù)采集，有助于為能源分析和決策提供信息。
在2020年2月發(fā)布的數(shù)字戰(zhàn)略中，歐盟委員會針對ICT部門采取了一項關(guān)鍵行動，以期在2030年前實現(xiàn)氣候中和，同時提高數(shù)據(jù)收集和透明度。
2．鼓勵數(shù)據(jù)中心運營的能源效率和靈活性
與現(xiàn)在相比，數(shù)據(jù)中心可以成為電網(wǎng)中更高效、更靈活的資源。政府可以通過指導(dǎo)、激勵和標(biāo)準(zhǔn)鼓勵進一步提高能源效率，通過監(jiān)管和價格機制助力刺激需求方的靈活性。
3．利用數(shù)據(jù)中心推動可再生能源的使用
各國政府和電網(wǎng)運營商可以與數(shù)據(jù)中心運營商合作，確定可再生能源投資如何能最大限度地使整個系統(tǒng)受益，并有助于實現(xiàn)國家能源和氣候目標(biāo)。還可以鼓勵對儲能和其他需求側(cè)響應(yīng)能力的投資，作為對更多可再生能源容量的補充。
4．制定更有效的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)策略
各國政府和網(wǎng)絡(luò)運營商可協(xié)助執(zhí)行政策和方案，以提高數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的能源效率。行動可包括加速淘汰能源密集型傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、實施網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能效標(biāo)準(zhǔn)、改進高效網(wǎng)絡(luò)運營的指標(biāo)和激勵措施，以及支持國際技術(shù)協(xié)議。
5．投資研發(fā)高效的下一代計算和通信技術(shù)
在媒體流和新興技術(shù)（如人工智能、虛擬現(xiàn)實、5G和區(qū)塊鏈）的推動下，對數(shù)據(jù)中心服務(wù)的需求將繼續(xù)強勁增長。隨著當(dāng)前技術(shù)的效率趨勢在未來幾年放緩（甚至停滯），需要新的、更高效的技術(shù)來跟上不斷增長的數(shù)據(jù)需求。
